CN111323202B - 一种环管试验系统基准零点的确定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种环管试验系统基准零点的确定方法，属于矿山充填技术领域。该发明基于环管试验系统，采用水作为标准输送介质进行标准水曲线测试，绘制流量Q与水力坡度J之间的关系曲线，与标准管道粗糙度下的流量Q标与水力坡度J标之间的关系曲线进行对比，通过带值法确定管道粗糙度，并与管道材料的绝对粗糙度进行对比，来确定环管系统的基准零点，该发明大大降低了环管试验系统的系统误差，实现了环管系统对阻力损失的精准测量。

Description

一种环管试验系统基准零点的确定方法
技术领域
本发明涉及矿山充填技术领域，特别是指一种环管试验系统基准零点的确定方法。
背景技术
全尾砂膏体料浆浓度高，且细粒级物料含量高，导致屈服应力高，粘度大，给管道输送带来巨大的困难，易发生堵管、爆管事故，甚至导致整个充填系统瘫痪，大大限制了膏体充填技术的应用。而解决上述问题的关键在于对充填料浆管道输送阻力的精确测定，合理设计输送参数。国内外学者通过研究认为料浆在环管试验测试其输送阻力更为符合工程实际，但是由于系统建设规格、管道材质不同，同一种料浆在不同环管系统中测出的阻力损失不尽相同，归根结底是环管试验系统的基准零点未校核准确。因此，发明一种环管试验系统基准零点的确定方法显得尤为必要，以提高环管试验系统的试验精度。
发明内容
本发明针对现有的环管试验系统无法实现膏体输送阻力的精准测试、可重复性差等问题，提供一种环管试验系统基准零点的确定方法。
该方法首先测试不同流量Q下的管道压力并绘制流量Q与水力坡度J的曲线，然后计算环管系统的粗糙程度并与标准管道绝对粗糙程度进行对比，如果环管系统的粗糙度大于绝对粗糙度，则继续打磨环管系统，当二者一致时，则确定为环管系统的基准零点。
具体包括步骤如下：
(1)将清水(自来水即可)加入环管系统，对管道系统进行清洗，然后开展清水环管试验，测试不同流量Q下的水力坡度J；从低流量到高流量，然后在从高流量到低流量，每个流量稳定运行2分钟；
(2)对流量Q、管道上水平段一处的压力值P1、水平段另一处的压力值 P2进行数据采集，数据采集每秒记录一次，并测量两个压力表之间的距离L；
(3)计算水力坡度J，绘制流量Q与水力坡度J之间的关系曲线，与标准管道粗糙度下的流量Q标与水力坡度J标之间的关系曲线进行对比，通过带值法确定管道粗糙度；
(4)将步骤(3)计算出的管道粗糙度与标准管道绝对粗糙度进行对比，若粗糙度大于标准管道绝对粗糙度，则在水中加入-8mm粗砂对管道进行打磨，重复步骤(3)；若粗糙度与标准管道绝对粗糙度一致，则此时即为环管系统的基准零点。
其中，步骤(3)中水力坡度J的计算方法如下：
Figure BDA0002389711150000021
步骤(3)中标准管道粗糙度下的流量Q与水力坡度J之间的关系曲线计算方程如下：
Figure BDA0002389711150000022
此方程是通过colebrook-white方程、Darcy-Weisbach方程联立推导得出，其中：Q为流量、J为水力坡度、d为管道直径、g为重力加速度、v为水的运动粘性系数、ε为标准管道绝对粗糙度。
根据colebrook-white方程计算沿程水头损失系数λ公式如下：
Figure BDA0002389711150000023
根据Darcy-Weisbach方程计算水力坡度公式如下：
Figure BDA0002389711150000024
其中，λ为沿程水头损失系数，L为两压力表之间管道长度，V为水的流速。
水的运动粘性系数计算方法如下：
ν＝0.01775/(1+0.0337t+0.000221t2)，
其中，t为水的温度，单位为℃；v为水的运动粘性系数，单位为cm/s2。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
本方法采用水作为零点校核介质，成本低且环保，该方法具有工艺简单、操作可靠的特点，可为环管试验精确的阻力测试提供基础，对理论研究与膏体充填系统设计具有重要的使用价值。
附图说明
图1为本发明的环管试验系统基准零点的确定方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种环管试验系统基准零点的确定方法，如图1所示，该方法首先测试不同流量Q下的管道压力并绘制流量Q与水力坡度J的曲线，然后计算环管系统的粗糙程度并与标准管道绝对粗糙程度进行对比，如果环管系统的粗糙度大于绝对粗糙度，则继续打磨环管系统，当二者一致时，则确定为环管系统的基准零点。
包括步骤如下：
(1)将清水加入环管系统，对管道系统进行清洗，然后开展清水环管试验，测试不同流量Q下的水力坡度J；从低流量到高流量，然后在从高流量到低流量，每个流量运行2分钟；
(2)对流量Q、管道上的压力梯度值P1、P2进行数据采集，数据采集每秒记录一次，并测量两个压力表之间的距离L；
(3)计算水力坡度J，绘制流量Q与水力坡度J之间的关系曲线，与标准管道粗糙度下的流量Q标与水力坡度J标之间的关系曲线进行对比，通过带值法确定管道粗糙度；
(4)将步骤(3)计算出的管道粗糙度与标准管道绝对粗糙度进行对比，若粗糙度大于标准管道绝对粗糙度，则在水中加入-8mm粗砂对管道进行打磨，重复步骤(3)；若粗糙度与标准管道绝对粗糙度一致，则此时即为环管系统的基准零点。
下面结合具体实施例予以说明。
实施例1
一种环管试验系统基准零点的确定方法，所述方法首先测试不同流量Q 下的管道压力并绘制流量Q与水力坡度J的曲线，然后计算环管系统的粗糙程度并与标准管道绝对粗糙程度进行对比，当二者一致时，则确定为环管系统的基准零点。
本实施例利用该流程示意图所示方法对某铜矿进行全尾砂膏体充填测试试验，某环管系统通过采用上述方法，具体实施步骤如下：
(1)将清水加入环管系统，对管道系统进行清洗，然后开展清水环管试验，测试不同流量Q下的水力坡度J；流量从0m3/h到80m3/h，然后再从80m3/h 到0m3/h，间隔梯度5m3/h，每个流量梯度运行2分钟；
(2)运行过程中，对流量Q、管道上的压力梯度值P1、P2进行数据采集，数据采集每秒记录一次，并测量两个压力表之间的距离L＝2m；
(3)根据公式计算水力坡度J，绘制流量Q与水力坡度J之间的关系曲线，与标准管道粗糙度下的流量Q标与水力坡度J标之间的关系曲线进行对比，通过带值法确定管道粗糙度为60um；
(4)钢管的管道绝对粗糙度为45um，在水中加入-8mm粗砂对管道进行打磨，重复步骤(3)，得到管道粗糙度46um，与常用管道粗糙度基本一致，此时即为环管系统的基准零点；
以上，所有的试验步骤都经过自动控制系统进行过程控制与数据采集。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种环管试验系统基准零点的确定方法，其特征在于：首先测试不同流量Q下的管道压力，并绘制流量Q与水力坡度J的曲线，然后通过带值法计算环管系统的粗糙度，并与标准管道绝对粗糙度进行对比，如果环管系统的粗糙度大于绝对粗糙度，则继续打磨环管系统，当环管系统的粗糙度与绝对粗糙度一致时，则确定为环管系统的基准零点；
包括步骤如下：
(1)将自来水加入环管系统，对管道系统进行清洗，然后开展清水环管试验，测试不同流量Q下的水力坡度J；从低流量到高流量，然后再从高流量到低流量，每个流量稳定运行2分钟；
(2)对流量Q、管道上水平段一处的压力值P1、水平段另一处的压力值P2进行数据采集，数据采集每秒记录一次，并测量两个压力表之间的距离L；
(3)计算水力坡度J，绘制流量Q与水力坡度J之间的关系曲线，与标准管道粗糙度下的流量Q标与水力坡度J标之间的关系曲线进行对比，通过带值法确定管道粗糙度；
(4)将步骤(3)计算出的管道粗糙度与标准管道绝对粗糙度进行对比，若粗糙度大于标准管道绝对粗糙度，则在水中加入-8mm粗砂对管道进行打磨，重复步骤(3)；若粗糙度与标准管道绝对粗糙度一致，则此时即为环管系统的基准零点；
所述步骤(3)中流量Q标与水力坡度J标之间的关系曲线计算方程如下：
Figure FDA0002821051900000011
其中：Q为流量、J为水力坡度、d为管道直径、g为重力加速度、ν为水的运动粘性系数、ε为标准管道绝对粗糙度。
2.根据权利要求1所述的环管试验系统基准零点的确定方法，其特征在于：所述步骤(3)中水力坡度J的计算方法如下：
Figure FDA0002821051900000021
3.根据权利要求1所述的环管试验系统基准零点的确定方法，其特征在于：所述水力坡度J计算公式如下：
Figure FDA0002821051900000022
其中，λ为沿程水头损失系数，L为两压力表之间管道长度，V为水的流速。
4.根据权利要求3所述的环管试验系统基准零点的确定方法，其特征在于：所述沿程水头损失系数计算公式如下：
Figure FDA0002821051900000023
5.根据权利要求1所述的环管试验系统基准零点的确定方法，其特征在于：所述水的运动粘性系数计算方法如下：
ν＝0.01775/(1+0.0337t+0.000221t2)
其中，t为水的温度；ν为水的运动粘性系数。
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